Plus de puissance pour les réseaux à fibres optiques

Steffen Trautmann | Desiree Haak

Des applications telles que les véhicules autonomes, les communications mobiles 6G et les communications quantiques poussent les réseaux de fibres optiques à leurs limites. Les chercheurs allemands du Fraunhofer ont uni leurs forces à celles de leurs partenaires pour concevoir des moyens astucieux d’optimiser la transmission des données. Les commutateurs optiques dotés de miroirs à cristaux liquides sur silicium (LCoS) réduisent la taille des paquets de données afin que le réseau puisse transporter davantage de données, tandis que les signaux sont répartis sur différents brins de fibre pour plus de souplesse.

Les câbles à fibres optiques transportent les signaux à une vitesse proche de celle de la lumière et peuvent même transmettre de gros volumes de données à des vitesses fulgurantes. Cependant, les systèmes de fibre optique conventionnels ne sont plus assez puissants pour accueillir les technologies du futur. Dans le cadre de deux projets, WESORAM et Multi-Cap, l’Institut Fraunhofer d’optique appliquée et d’ingénierie de précision (IOF) de Iéna s’est associé à des partenaires pour préparer les réseaux de fibres optiques au monde de demain.

Les réseaux de fibres optiques utilisent déjà des technologies telles que le multiplexage par répartition en longueur d’onde. Dans cette méthode, la lumière est utilisée comme support pour un flux de données, un commutateur optique divisant la lumière en plusieurs fréquences. Un réseau spectrométrique divise le signal en différentes longueurs d’onde et les transmet ensuite à un miroir LCoS. Ce dernier transmet les signaux aux fibres de sortie, ce qui permet à chaque fibre de transporter plusieurs flux de données. Toutefois, cette méthode ne peut être utilisée que sur une plage de fréquences limitée.

Câblage croisé des signaux

Dans le cadre du projet WESORAM (Wellenlängenselektive Schalter für optisches Raummultiplex), Steffen Trautmann et son équipe du Fraunhofer IOF ont travaillé avec les partenaires du projet pour affiner cette technologie. L’équipe a d’abord ajouté de la souplesse au mécanisme de commutation du commutateur LCoS afin qu’il puisse rediriger le flux de données vers n’importe quelle fibre. Une fois que le réseau du spectromètre a divisé le signal lumineux entrant en fréquences, le miroir LCoS envoie chaque fréquence à une fibre différente. Le multiplexage par répartition en longueur d’onde conventionnel est ainsi transformé en une technique de multiplexage par répartition dans l’espace. En complément du principe « plusieurs fréquences sur une fibre », cela signifie que le principe « une fréquence, plusieurs fibres » peut également être appliqué.

« Dans notre projet, nous avons réussi à envoyer des signaux de huit canaux d’entrée à 16 canaux de sortie à volonté. Ce type de câblage croisé augmente la capacité du réseau, car la transmission et l’acheminement des flux de données sont beaucoup plus souples. C’est particulièrement utile lorsque les données sont envoyées sur de longues distances, par exemple entre des villes », explique M. Trautmann, chef de projet et expert en systèmes optiques.

Un autre avantage est qu’il faut moins de commutateurs optiques pour l’ensemble du réseau de fibres optiques. Cela permet de réduire les coûts d’installation et d’exploitation.

Des paquets de données plus petits, un débit plus élevé

Dans l’étape suivante, les chercheurs d’Iéna ont réussi à augmenter la résolution du module optique à l’aide d’un réseau nouvellement mis au point. « À l’heure actuelle, la résolution spectrale de 100 GHz, soit environ 0,8 nm, est l’état de l’art. Le miroir que nous avons développé peut atteindre 25 GHz, soit environ 0,2 nm », explique M. Trautmann. La résolution plus élevée signifie que la fréquence de la lumière pour le flux de données est plus étroite dans la bande par un facteur de quatre, de sorte que les paquets de données sont proportionnellement plus petits. Les paquets de données sont donc proportionnellement plus petits, ce qui permet aux conducteurs de lumière de transmettre beaucoup plus de paquets de données simultanément.

Les partenaires du projet étaient Adtran, une entreprise de Meiningen (Thuringe) spécialisée dans les réseaux, et Holoeye, une entreprise berlinoise spécialisée dans les systèmes optiques, qui a construit le miroir LCoS. Les experts du Fraunhofer IOF ont été chargés de la conception optique. Ils ont également utilisé une technologie d’ultra-précision pour développer un séparateur de faisceau pour le réseau du spectromètre et ont intégré tous les composants dans une seule pièce minuscule.

Un amplificateur Multi-Cap pour les fibres multiconducteurs

WESORAM s’inscrit parfaitement dans le cadre d’un autre projet, Multi-Cap. Dans ce projet, les chercheurs s’efforcent d’augmenter le nombre de canaux pour la transmission parallèle de données. Les fibres traditionnelles contiennent un canal de données et un noyau de signal, tandis que les fibres multiconducteurs utilisent plusieurs noyaux pour transmettre les données. Bien que ces câbles contiennent beaucoup plus de conducteurs, ils sont à peine plus épais. L’équipe du Fraunhofer IOF a mis au point les amplificateurs de signaux nécessaires aux fibres multiconducteurs. Ils peuvent desservir jusqu’à 12 canaux en même temps, avec une amplification de plus de 20 dB par canal. Cette technologie est nettement plus économe en énergie, puisqu’un seul module d’amplification est nécessaire pour 12 canaux.

Les deux projets ont été financés par le ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche (BMBF) et par VDI, l’association des ingénieurs allemands.